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Mecánica de rocas

La mecánica de rocas es una ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de las rocas y los macizos rocosos. [1]

En comparación con la geología, es la rama de la mecánica que se ocupa de la respuesta de las rocas y las masas rocosas a los campos de fuerza de su entorno físico. [1]

Arena grus y el granitoide del que se deriva.
Técnica de fijación de pernos de roca que se utiliza para reforzar una roca.
Tierra reforzada con gaviones que sostienen una carretera de varios carriles, Sveti Rok , Croacia .
Ilustración de minería de pozos .
Marmotas de arena en el acceso al East Side de la ciudad de Nueva York

Fondo

La mecánica de rocas es parte de un tema mucho más amplio, la geomecánica , que se ocupa de las respuestas mecánicas de todos los materiales geológicos, incluidos los suelos. [1]

La mecánica de rocas se ocupa de la aplicación de los principios de la mecánica de ingeniería al diseño de estructuras construidas en o sobre rocas. [1] La estructura podría incluir muchos objetos, como un pozo de perforación, un pozo de mina, un túnel, una presa de depósito, un componente de depósito o un edificio. [1] La mecánica de rocas se utiliza en muchas disciplinas de ingeniería, pero se utiliza principalmente en ingeniería minera, civil, geotécnica, de transporte y petrolera. [2] [3]

La mecánica de rocas responde a preguntas como "¿es necesario un refuerzo para una roca o será capaz de soportar cualquier carga a la que se enfrente?" [4] También incluye el diseño de sistemas de refuerzo, como patrones de pernos de roca . [4]

Evaluación del sitio del proyecto

Antes de comenzar cualquier trabajo, se debe investigar adecuadamente el sitio de construcción para conocer las condiciones geológicas del lugar. [5] Las observaciones de campo, las perforaciones profundas y los estudios geofísicos pueden brindar la información necesaria para desarrollar un plan de construcción seguro y crear un modelo geológico del sitio. [5] El nivel de investigación que se lleva a cabo en este sitio depende de factores como el presupuesto, el cronograma y las condiciones geológicas esperadas. [5]

El primer paso de la investigación es la recopilación de mapas y fotografías aéreas para su análisis. [5] Esto puede proporcionar información sobre posibles sumideros, deslizamientos de tierra, erosión, etc. Los mapas pueden proporcionar información sobre el tipo de roca del sitio, la estructura geológica y los límites entre las unidades de lecho rocoso. [5]

Perforaciones

La perforación de pozos es una técnica que consiste en perforar el suelo en distintas áreas y a distintas profundidades para obtener una mejor comprensión de la geología del lugar. [5] Los pozos deben estar espaciados adecuadamente entre sí y perforarse a la profundidad suficiente para proporcionar información precisa para el modelo geológico. [5] Se investigan las muestras del pozo y se registran factores como el tipo de roca, el grado de erosión y los tipos de discontinuidades. [5]

Métodos

Probar las propiedades de una roca es esencial para comprender qué tan estable o inestable es. [2] La mecánica de rocas involucra tres categorías de métodos de prueba: pruebas en rocas intactas, discontinuidades y macizos rocosos. [6]

Dos métodos directos de prueba que se pueden realizar son las pruebas de laboratorio y las pruebas in situ. [6] También existen métodos indirectos de prueba que implican correlaciones y estimaciones que se obtienen mediante el análisis de observaciones de campo. [6] Los datos que proporcionan estos métodos de prueba son cruciales para el diseño, la estructura y la investigación de la mecánica de rocas y la ingeniería de rocas. [6]

Las rocas intactas y las discontinuidades se pueden probar en el laboratorio mediante la ejecución de experimentos a pequeña escala para recopilar datos empíricos, sin embargo, las masas rocosas requieren algunas mediciones de campo a mayor escala en lugar de trabajo de laboratorio debido a su naturaleza más compleja. [6]

Las pruebas de laboratorio permiten clasificar y caracterizar la roca, así como determinar qué propiedades de la roca se utilizarán en el diseño de ingeniería. [6] Algunos ejemplos de estas pruebas de laboratorio incluyen: pruebas de velocidad del sonido , pruebas de dureza, pruebas de fluencia y pruebas de resistencia a la tracción . [6] Las pruebas in situ, que son cuando la roca que se está estudiando se somete a una carga pesada y luego se observa para ver si se deforma, brindan una idea de lo que afecta la resistencia y la estabilidad de una masa rocosa. [6]

Comprender la resistencia de una masa rocosa es difícil pero necesario para garantizar la seguridad de cualquier cosa construida sobre ella o a su alrededor, y todo depende de diferentes factores a los que se enfrenta la masa rocosa, como las condiciones ambientales, el tamaño de la masa y lo discontinua que pueda ser. [7]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde Mecánica de rocas para minería subterránea. Dordrecht: Springer Netherlands. 2004. doi :10.1007/978-1-4020-2116-9. ISBN 978-1-4020-2064-3.
  2. ^ ab Gratchev, Ivan (23 de octubre de 2019). Mecánica de rocas a través del aprendizaje basado en proyectos (1.ª ed.). CRC Press. doi :10.1201/9780429278839. ISBN 978-0-429-27883-9.S2CID242572528  .​
  3. ^ Harrison, John P.; Hudson, John (1997). Ingeniería mecánica de rocas: una introducción a los principios (1.ª ed.). Oxford: Elsevier. pp. 1–9. ISBN 9786611058746.
  4. ^ ab Mecánica de rocas e ingeniería, volumen 4: excavación, soporte y monitoreo. CRC Press. 18 de mayo de 2017. doi :10.1201/b20406. ISBN 978-1-315-70812-6.
  5. ^ abcdefgh Gratchev, Ivan (23 de octubre de 2019). Mecánica de rocas a través del aprendizaje basado en proyectos (1.ª edición). CRC Press. doi :10.1201/9780429278839. ISBN 978-0-429-27883-9.S2CID242572528  .​
  6. ^ abcdefgh Feng, Xia-Ting (2017). Mecánica de rocas e ingeniería (2.ª ed.). Londres: CRC Press. págs. 3–66. ISBN 9781315364254.
  7. ^ Feng, Xia-Ting (2017). Mecánica de rocas e ingeniería (2.ª ed.). Londres: CRC Press. pp. 367–393. ISBN 9781138027602.